催化活性的、金屬化的反應(yīng)性泡沫材料的制備及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用作光學(xué)流控反應(yīng)器的催化材料，及其制備方法。在這方面可以首先制成網(wǎng)格化的塑料泡沫，然后將其用至少一種第一金屬層或金屬合金層涂層。隨后，將光催化基底應(yīng)用至金屬層或金屬合金層。在光學(xué)流控反應(yīng)器使用時(shí)，光催化基底消除細(xì)菌、病毒和其它有害物質(zhì)，以及細(xì)?；蛘婢咦?。在備擇方法中，在表面構(gòu)成光催化活性的金屬基質(zhì)層。
【專利說明】催化活性的、金屬化的反應(yīng)性泡沬材料的制備及其應(yīng)用
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)流控反應(yīng)器和隨之用于消除細(xì)菌、病毒或細(xì)粒和真菌孢子和其它有害物質(zhì)的催化材料。
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中已知的是，光催化基底用作光學(xué)流控反應(yīng)器。一種這樣的基底是例如二氧化鈦(TiO2)-優(yōu)選銳鈦礦的四方、結(jié)晶形式。在陽光照射下后者釋放電子，將污染物或其它有害物質(zhì)破壞成為無害物質(zhì)。氧化物的電子釋放以及隨之發(fā)生的光催化反應(yīng)由一系列物理和化學(xué)過程組成。主要地，在氧化物表面通過游離電子形成氧自由基，其也稱為活性氧。這些氧自由基包括游離的自由基，例如超氧化物陰離子、羥基自由基、過氧化氫自由基或烷氧基自由基，以及穩(wěn)定的分子自由基，比如已知的過氧化物、過氧化氫、臭氧或次氯酸陰離子。在各種分子和有機(jī)塵粒與氧化物表面接觸時(shí)，這些氧自由基將它們分解。活化的氧還有效分解氣味物質(zhì)和空氣污染物，例如氮氧化物和有機(jī)細(xì)粒。更進(jìn)一步地，這些氧殺死細(xì)菌和病毒-甚至是侵略性的病原體如SARS和H5N1也在與氧化物表面接觸時(shí)得到很有效地抵抗。
[0003]本發(fā)明的任務(wù)尤其在于提供光學(xué)流控反應(yīng)器，其展示高效率。
[0004]所述任務(wù):
[0005]a) 一方面通過制備催化材料解決，所述材料中組合光催化和流體-流通(Durchstromung)。
[0006]b)另一方面通過提供涂層解決，其中在表面構(gòu)成具有催化活性的金屬或金屬氧化物的金屬基質(zhì)。
[0007]在此，這兩個(gè)方面能夠有利地相互組合。
[0008]關(guān)于a)，出于流體流通的目的由例如聚醚砜(PES)或聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)或聚氨酯(PU)或聚酯或聚醚形成網(wǎng)格化的塑料泡沫，其作為基底泡沫被網(wǎng)格化。在網(wǎng)格化的情況下，使得單個(gè)泡沫室之間的薄間壁部分破裂，從而泡沫可透過流體。這樣的泡沫具有極其巨大的表面，其在流體流通的情況下與后者接觸。流體可以是清潔空氣或清潔水。在這方面，光學(xué)流控反應(yīng)器優(yōu)選用于室內(nèi)空氣處理或水處理。
[0009]出于水處理目的，光學(xué)流控反應(yīng)器能夠植入透UV光層例如玻璃之間加以保護(hù)。然后，其用于待清潔水道的流通坡(StrdmungsgefSlle)中?？梢郧爸糜糜谶^濾粗懸浮物的預(yù)濾器。
[0010]有利地，這種適于流體-流通的網(wǎng)格化泡沫具有多至34ppi (孔/英寸)的孔數(shù)。比如說，孔數(shù)平均為9ppi(波動(dòng)范圍是8至IOppi)或平均為10.5ppi(波動(dòng)范圍8至13ppi)或平均為14.5ppi (波動(dòng)范圍是12至17ppi)或平均為19.5ppi (波動(dòng)范圍是16至23ppi)或平均為25.5ppi (波動(dòng)范圍是12至29ppi)或平均為30.5 (波動(dòng)范圍是27至34ppi)。
[0011]然后，網(wǎng)格化的基底泡沫在進(jìn)一步的方法步驟中用至少一種第一金屬層或金屬合金層涂層。由此泡沫經(jīng)歷固化，從而由此獲得的固態(tài)復(fù)合材料可以例如以板形式用作腔室中的蓋板或作為其中的分隔壁。通過這種金屬涂層防止基底材料即泡沫的光導(dǎo)致的脆化。此外，這樣涂層的泡沫通過金屬或金屬合金的適宜選擇滿足裝飾性的要求。在此選擇金屬層厚，從而涂層的泡沫材料獲得特定負(fù)載能力(EigentragfShigkeit)。由此，在構(gòu)成板的
情況下，還能夠防止復(fù)合材料的下陷或彎曲。通過選擇金屬層厚，可以良好地控制材料強(qiáng)度。還能夠相繼施加更多的金屬層。適宜的層厚具有至少I(表數(shù)量)微米。一方面在薄泡沫板的情況下通過蒸鍍(Bedampfens)進(jìn)行的金屬涂層保證良好結(jié)果；另一方面在較厚泡沫板的情況下濕法化學(xué)涂層方法具有優(yōu)勢，原因是其能夠良好地涂層較厚泡沫，直至其中心。
[0012]作為涂層金屬全部物理、熱或濕法化學(xué)可沉積的金屬或金屬合金都是適當(dāng)?shù)摹?br> [0013]金屬涂層的泡沫-復(fù)合材料是有待隨后施加的催化活性層，即光催化基底，的理想載體。作為適宜的光催化基底考慮二氧化鈦(TiO2)-優(yōu)選銳鈦礦的四方、結(jié)晶形式-或由銅、鎳、鋅、錫、鈷或錳組成的金屬層，或金屬合金或氧化物，以及單個(gè)氧化物的混合物。作為光催化基底適宜的是由銀、鈀或鉬組成的貴金屬層或由金屬合金和組合物構(gòu)成。
[0014]這樣形成光學(xué)流控反應(yīng)器，其由于其強(qiáng)度能夠通過至少一個(gè)第一金屬層用水或類似物容易地清潔，而不失去其效果。
[0015]上述根據(jù)本發(fā)明的由光催化和流體流通的組合展示光催化劑效率的極大改善。在泡沫中產(chǎn)生的于泡沫中分支的通道提供高表面/流體體積比，借此根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)流控反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)更佳的清潔。
[0016]下面描述優(yōu)選的實(shí)施方式:具有優(yōu)選12_17ppi的孔數(shù)和IOmm厚度的網(wǎng)格化塑料泡沫在第一涂層步驟中用數(shù)納米至I(Iym)或更多微米厚的銅層涂層，其通過氣相沉積、噴濺涂覆或電鍍施加至泡沫上。隨后，這種第一金屬層通過額外的層通過電鍍金屬化用層厚大于20 μ m的銅、鐵或鋁強(qiáng)化。在這種銅層上，作為腐蝕保護(hù)電鍍施加鎳層、白青銅層或鈷-錫層，其可以與抗過敏(antialIergenen)鈷-錫-金屬層組合。代替這些層或?qū)咏M合，還可以施加例如鈀、鉬或銀的貴金屬層或由金屬合金組成的貴金屬層-以及與上述金屬鎳、鋅、白青銅、鈷或錫之一形成的金屬合金的貴金屬層。有利的是，層厚為至少5μπι。
[0017]隨后，通過泡沫的浸潰或流涂或?yàn)R射，將通過涂層獲得的金屬化材料用作為光催化基底的二氧化鈦層涂層至其上。
[0018]涂層是在溶膠凝膠方法中制備的水基或溶劑基二氧化鈦溶液。該涂層除了光催化效果以外還超親水、自清潔和強(qiáng)抗微生物。
[0019]從成型體可以制成內(nèi)部腔室蓋板或腔室隔板，所述成型體由根據(jù)上文描述獲得的材料構(gòu)成，其由此清潔室內(nèi)空氣。能夠在內(nèi)部腔室搭建的設(shè)計(jì)元件是有利的，用以清潔室內(nèi)空氣。在這方面，可以構(gòu)造不同的材料形式。在這些實(shí)施方式中，除了清潔室內(nèi)空氣的效果之外還值得提及的是隔音效果。由此，內(nèi)部腔室元件可以直接用于大房間辦公室以及噪音降低。
[0020]為了成型的目的，單獨(dú)的光學(xué)流控元件例如板可以相互結(jié)合，例如粘合。在此應(yīng)注意的是，充足的UV光能夠透至如此結(jié)合的元件的中心并且保證流通。
[0021]經(jīng)證明有利的是，其間植入U(xiǎn)V燈的元件構(gòu)成的反應(yīng)器。從反應(yīng)器中心向外發(fā)出UV光。除了發(fā)射UV光，經(jīng)構(gòu)入的燈還發(fā)射可見光，從而這樣的反應(yīng)器也充當(dāng)光源。這樣構(gòu)入的燈還通過借此實(shí)現(xiàn)的燈對流通過產(chǎn)生的熱導(dǎo)致光學(xué)流控反應(yīng)器的強(qiáng)制流通(Zwangsdurchstromung)。[0022]本發(fā)明還包括通風(fēng)裝置，其具有作為重要功能元件的如上文描述的光學(xué)流控反應(yīng)器。這種通風(fēng)裝置經(jīng)過通風(fēng)設(shè)備或類似物使得空氣強(qiáng)制流通光學(xué)流控反應(yīng)器。光催化反應(yīng)器的這種強(qiáng)制流通數(shù)倍地提高空氣的清潔效果。以有利的方式，根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料能夠作為光學(xué)流控反應(yīng)器在上述通風(fēng)裝置中容易地替換，也即卸下并清潔。
[0023]以有利的方式，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)流控反應(yīng)器還可以用作空氣抽吸罩的過濾體。它們在現(xiàn)有技術(shù)中用于廚房、或抽吸蒸氣例如溶劑、焊煙或煙道氣。
[0024]在用UV-A燈照射的情況下，光學(xué)流控反應(yīng)器的光催化效果如上文已顯示地以有利方式得以提高。在這方面通風(fēng)裝置、煙霧抽吸罩或內(nèi)部腔室-成型體的有利實(shí)施方式具有這樣的UV-A-燈，從而光學(xué)流控反應(yīng)器能夠按需要進(jìn)行照射。在這方面還適當(dāng)?shù)氖?，從本發(fā)明金屬化泡沫材料構(gòu)造設(shè)計(jì)體，其用這樣的UV-燈照射。
[0025]附圖1和2是網(wǎng)格化基底泡沫的照片，其可以用作光學(xué)流控反應(yīng)器的原材料。在此，附圖2是附圖1的泡沫的放大視圖。
[0026]有關(guān)根據(jù)其在表面構(gòu)成金屬基質(zhì)的解決方案變型b),用于細(xì)菌、病毒和其它一般污染物的消毒的新涂層展示于下文。除了如上文所描述和解釋用于各種不同應(yīng)用的用于網(wǎng)格化基底泡沫的涂層，額外還提供不具流體動(dòng)勢(Durchflutung)的涂層應(yīng)用，例如用于門把手、衛(wèi)生設(shè)備，或者用于其接觸的所有表面和由此中斷細(xì)菌和病毒的污染。這涉及在私人居所、醫(yī)院或公共設(shè)施中的應(yīng)用。
[0027]已知的是，在電鍍電解質(zhì)中分散不同的物質(zhì)例如金剛石粉末、SiC、A1203、CBN、W、TiC、PTFE或石墨，并且用各自電解質(zhì)電鍍地(例如氨基磺酸鎳、Watt'硫酸鎳等)或無外電流地(例如化學(xué)鎳)沉積在各自的構(gòu)件上，以避免磨損、提高溫度穩(wěn)定性或改善摩擦特性。
[0028]根據(jù)本發(fā)明將TiO2-優(yōu)選銳鈦礦形式-為了用作光催化活性的分散體層，構(gòu)成所謂的TiO2-金屬基質(zhì)層。
[0029]TiO2 的優(yōu)選粒徑是 0-3 μ m ;例如 KR0N0Clean7000 和 KR0N0Clean7050。
[0030]還可能的是使用大小約20nm的納米級的TiO2顆粒；在此情況下，由于聚團(tuán)問題懸浮體的制備可以是繁復(fù)昂貴的，但是可以實(shí)施的。在納米級顆粒有助于利用分散化學(xué)品。
[0031]用例如TiO2-ENiP(TiO2，具有化學(xué)鎳-磷金屬層)或電鍍NiP的用于涂層的基本方法過程描述于下文，用于空氣清潔和水清潔的網(wǎng)格化泡沫，以及塑料構(gòu)件:
[0032]1.在第一涂層步驟中，將網(wǎng)格化泡沫用優(yōu)選>1 μ m的銅層通過氣相沉積或通過無外電流方法(化學(xué)銅)涂層。
[0033]2.這樣的第一金屬層通過電鍍方式用銅、鐵或鋁(優(yōu)選Cu)以大于10 μ m的層厚涂層，直至泡沫達(dá)到固有硬度(Eigensteifigkeit)。
[0034]3.向該層上施加額外的金屬層或金屬合金層例如N1、白青銅(Wei β bronze)、黃銅(Gelbbronze)、NiP, Cr、NiKo, ENiCoP，層厚 >5 μ m。
[0035]4.向該層上施加光催化的例如NiP-TiO2層，層厚>1 μ m。
[0036]還可以,將層厚>1 μ m的Cu-TiO2層施加至第2點(diǎn)之后制備的第一金屬層。
[0037]根據(jù)實(shí)施方式可能的是，將光催化層不具中間層地直接施加至銅層2上
[0038]根據(jù)實(shí)施方式還可能的是，向光催化層4上施加層例如硬鉻或貴金屬例如Au、Pd、Rt 或 Pt。
[0039]在金屬工件的情況下，展開步驟I。[0040]制備用于形成根據(jù)步驟4的具有Ti02_Ni沉積的金屬基質(zhì)的電解質(zhì)的實(shí)施例:
[0041]Watt' scher (硫酸)鎳電解質(zhì)具有下述成分
[0042]
【權(quán)利要求】
1.用于消除有害物質(zhì)的催化材料的制備方法，包括 -將網(wǎng)紋化的塑料泡沫制成厚度至少10_的板； -將至少一種第一金屬層或金屬合金層施加至網(wǎng)紋化泡沫板的表面； -以在溶膠凝膠方法中制備的溶液通過浸潰或流涂施加至金屬層或金屬合金層的方式，將光催化基底施加至金屬層或金屬合金層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法， 其特征在于，所述光催化基底 -是二氧化鈦TiO2，或 -具有由銅、鎳、鋅、錫、鈷或錳組成的金屬層，或者由其合金或氧化物構(gòu)成， -或是由銀、鈀、鉬組成的貴金屬層，或者由其合金構(gòu)成， -或是由銅、鎳、鋅、錫、鈷、錳、銀、鈀、鉬的組中至少兩種金屬組成的合金。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法， 其特征在于，在所述至少一種第一金屬層之后且在施加光催化基底之前，施加額外的金屬層，其由 -銅、鋁、鎳、錫、鋅、銀、鈀、鉬組成或由其合金構(gòu)成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法， 其特征在于，所述網(wǎng)紋化的泡沫由聚醚砜(PES)或聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)或聚氨酯(PU)或聚酯或聚醚組成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法， 其特征在于，所述網(wǎng)紋化的泡沫具有多至34ppi (孔/英寸)的孔數(shù)。
6.用于消除有害物質(zhì)的催化材料或涂層的制備方法，在該方法中，在表面構(gòu)成作為金屬基質(zhì)層的光催化活性的分散體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的光學(xué)流控催化劑材料的制備方法制成的內(nèi)部空間元件。
8.通風(fēng)裝置，其具有根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的光學(xué)流控催化劑材料的制備方法制成的元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的通風(fēng)裝置， 其特征在于，所述通風(fēng)裝置具有UV-燈。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的通風(fēng)裝置， 其特征在于，所述光學(xué)流控催化劑材料制成的元件構(gòu)造成通風(fēng)裝置的過濾部件。
【文檔編號(hào)】B01J23/70GK103635259SQ201280031329
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
【發(fā)明者】沃爾夫?qū)た茽柭? 申請人:沃爾夫?qū)た茽柭?br>